機械應(yīng)急啟動裝置探討

1、機 械 應(yīng) 急 啟 動 裝 置 探 討2014年10月1日實施的國家標準GB 50974 - 2014消防給水及消火栓系 統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第11. 0. 12條（強條）規(guī)定：消防水泵控制柜應(yīng)設(shè)置機械應(yīng)急啟泵 功能，對消防泵控制柜提出了一個全新的概念 機械應(yīng)急啟泵功能。該條文該如何實施？無論是給排水專業(yè)還是電氣專業(yè)設(shè)計從業(yè)人員都無 所適從。該規(guī)范僅在條文說明中強調(diào)：只要供電正常，無論控制線路如何都能強 制啟動，而并未提到實現(xiàn)該功能的更多細節(jié)。這本規(guī)范屬于給排水專業(yè)規(guī)范，針對這個關(guān)于消防泵控制柜的條文，我 們與相關(guān)規(guī)范編制組人員作了溝通，他們認為，目前我國的消防泵控制柜存在諸 多問題，也出現(xiàn)過很多由于控

2、制柜不能啟泵而影響滅火的案例，編制組的出發(fā)點 是強調(diào)要提高消防泵控制柜的可靠性。機械應(yīng)急啟泵功能，就是在最后的緊要關(guān) 頭，當控制電路出現(xiàn)故障而主電源仍然完好時，通過機械應(yīng)急啟動裝置強制消防 泵啟動，這無疑是在傳統(tǒng)基于控制電路的啟泵功能的基礎(chǔ)上，提高了可靠性。通過控制柜上設(shè)置的機械應(yīng)急裝置提高消防泵啟動可靠性的要求，無疑是值 得肯定的，但什么是“機械應(yīng)急啟泵功能”？電氣專業(yè)如何進行設(shè)計？對傳統(tǒng)的 設(shè)計、制造會帶來哪些影響和挑戰(zhàn)？規(guī)范未能提供更具體的、可供操作的措施和方法。為此，筆者收集、整理了國內(nèi)外有關(guān)“機械應(yīng)急啟泵”的相關(guān)資料，通過分析提出建議供同行們參考。1機械應(yīng)急啟泵裝置的標準依據(jù)通過收集

3、、研讀國家標準GB / T 21208 - 2007 / IEC / TS 62091 :2003，MOD低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備固定式消防泵驅(qū)動器的控制器、美國消防協(xié)會 NFPA 20 - 200Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection和國際電工委員會標準 IEC 62091 - 2007Low-voltage switchgear and controlgear Controllers for drivers of stationary fire pumps的相關(guān)內(nèi)容，筆者認為，這三個標準規(guī)定的

4、消防泵控制器的緊急運行 控制”或“應(yīng)急機械運行控制”，即是對機械應(yīng)急啟泵功能的要求，可作為設(shè)計 和生產(chǎn)制造消防泵控制柜的依據(jù)，現(xiàn)摘錄（或翻譯）如下。1. 1家標準 GB / T 21208 - 2007 / IEC / TS 62091: 2003 ,MOD低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備固定式消防泵驅(qū)動器的控制器第8. 5. 1. 2條：控制器的緊急運行控制?控制器的緊急運行控制可以由一個機械驅(qū)動（例如一個接觸器的機械操 作）或由一個備用的開關(guān)電器（例如接觸器、手動開關(guān)等）來完成.控制器的緊急運行控制應(yīng)通過以下方式達到A優(yōu)先級：a）應(yīng)提供緊急運行裝置用于電動機非自動起動和連續(xù)運行的操作；b ）緊急運行

5、裝置應(yīng)能閉鎖在運行位置，機械鎖定不應(yīng)是自動的，應(yīng)是 操作者可選擇的；c ）手動緊急操動器應(yīng)設(shè)計成只向一個方向移動，即從斷開位置到最終 的運行位置；d ）除了運行閉鎖位置以外的其它位置，如果操作者釋放手動緊急操動 器，控制器應(yīng)能自動返回到斷開位置。”1. 2際電工委員會標準IEC 62091 - 2007Low-voltageswitchgear and controlgear Controllers for drivers of stationary fire pumpsLow-voltage switchgear and controlgear Controllers for drivers

6、 of stationary fire pumps譯為低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備固定式消防 泵驅(qū)動器的控制器，下面為筆者摘錄并翻譯的條文：“8. 5. 1. 2控制器的緊急運行控制控制器的緊急運行控制可以由一個機械驅(qū)動（例如一個接觸器的機械操 作）或由一個冗余的開關(guān)裝置（例如接觸器、手動開關(guān)等）來完成。這個冗余的 開關(guān)裝置應(yīng)該是可機械操作的，以防控制電源失電或其它控制電路器件失效。”國標 GB / T 21208 - 2007? / IEC / TS 62091: 2003 , MOD 修改采用IEC / TS 62091 : 2003 標準，和國標相比，我們把 “redundant electr

7、ical switching device”翻譯為“冗余的開關(guān)裝置”，國標則為“備用的開關(guān)電 器”。另外，第二句話是對冗余的開關(guān)裝置提出的要求，在國標里面沒有這句 話，其它關(guān)于“A優(yōu)先級” IEC標準和國標是一樣的。1. 3 美國消防協(xié)會標準 NFPA 20 - 2007Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire ProtectionStandard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection譯為固定式消防泵安裝標準，下面為筆者摘錄并翻譯的條文

8、： “10. 5. 3. 2控制器的應(yīng)急機械運行控制10. 5. 3. 2. 1控制器必須裝備一個緊急運行手柄或操作桿用于機械地閉 合電機電路上的開關(guān)機構(gòu)。10. 5. 3. 2. 1. 1手柄或操作桿應(yīng)提供電機的非自動的、連續(xù)的運行操 作，該操作不依賴任何電氣控制電路、電磁鐵或等效裝置，也不依賴壓力開關(guān)的 控制。10. 5. 3. 2. 1. 2這種方法應(yīng)能手動操作使得手柄或操作桿機械閉鎖，或 者保持在啟動位置。10. 5. 3. 2. 1. 3機械閉鎖不應(yīng)是自動的，應(yīng)是操作者可選擇的。10. 5. 3. 2. 2手柄或操作桿應(yīng)設(shè)置成只向一個方向移動，即從斷開位置 到最終的運行位置。10.

9、5. 3. 2. 3除了全運行位置外，操作者在任何位置釋放手柄或操作 桿，電機啟動器均應(yīng)能自動返回到斷開位置?！备鶕?jù)上述標準，筆者理解認為：要實現(xiàn)機械應(yīng)急啟泵，首先，消防泵電 動機的主電路需要設(shè)置一種可被機械驅(qū)動閉合的開關(guān)機構(gòu)（如接觸器）或一個冗 余的開關(guān)裝置，這個冗余的開關(guān)裝置應(yīng)該是可機械操作的；其次，需要在消防泵 控制柜上設(shè)置一個緊急、運行手柄或操作桿，用以機械地閉合上述開關(guān)機構(gòu)或冗余 的開關(guān)裝置。2如何設(shè)機械應(yīng)急啟泵裝他山之石可以攻玉，既然緊急運行控制”或應(yīng)急機械運行控制”的 要求均是源于上述IEC和NFPA標準，那么國夕卜應(yīng)該有成熟的產(chǎn)品可以借鑒。國 外是如何設(shè)置機械應(yīng)急啟泵裝置的呢？

10、Joslyn Clark （強士林克拉克）總部位于美國，隸屬于丹納赫集團（NYSE : DHR），是財富500強，消防泵控制器是其主要產(chǎn)品之一。下面，筆 者就美國Joslyn Clark公司消防泵控制柜的相關(guān)技術(shù)與同行們作交流、分享。據(jù)Joslyn Clark公司產(chǎn)品資料介紹，其電機驅(qū)動消防泵控制器，按照電 動機的啟動方式分類包括：全壓直接啟動、固態(tài)軟啟動、部分繞組啟動、閉式星 三角啟動、開式星三角啟動、電阻啟動等類型，所有這些控制器均具有“緊急啟 泵功能”。下面是該公司產(chǎn)品的部分技術(shù)細節(jié)。1消防泵控制柜外觀（如圖1所示）圖1可以看出，消防泵控制柜的顏色為非常醒目的大紅色，箱面設(shè)置有如下 功能

11、組件：隔離器和斷路器操作手柄，可同時操作隔離器和斷路器。機械應(yīng)急啟動操作手柄，用于以機械方式閉合接觸器。手動啟、停按鈕，用以完成標準所規(guī)定的對消防泵的手動電氣控制功能。人機交互界面，用于顯示、設(shè)定各類系統(tǒng)參數(shù)。經(jīng)核實，箱面設(shè)置這些功能組件都是源于上述IEC和NFPA標準的要求。2機械應(yīng)急啟泵如何實施通過與Joslyn Clark公司技術(shù)人員的多次交流、溝通，筆者了解到，機械應(yīng) 急啟泵功能適用于所有的啟動方式，包括全壓啟動、降壓啟動，在該公司消防泵 控制器（俗稱消防泵控制柜）中，設(shè)置有機械應(yīng)急啟動操作手柄，一旦應(yīng)急啟動 拉動該手柄，將聯(lián)動柜內(nèi)的機構(gòu)以機械的方式閉合主回路的運行接觸器，讓水泵 電機

12、直接全壓啟動。在Joslyn Clark公司所有消防泵控制器中，直接啟動控制器最為簡單，機械 應(yīng)急手柄只需直接動作、閉合主接觸器，即可實現(xiàn)應(yīng)急啟泵；星三角啟動控制 器，則需要手柄操作閉合兩個運行用接觸器，實現(xiàn)應(yīng)急啟泵；而軟啟動控制器， 僅僅是靠應(yīng)急手柄操作閉合旁路接觸器來實現(xiàn)應(yīng)急啟泵。總之，所有的降壓啟動 控制器，在應(yīng)急啟泵時，均通過應(yīng)急手柄的操作，跳開降壓啟動環(huán)節(jié)，讓消防泵 電機直接進入全壓運行，類似直接啟動。2. 3電控制器的標準配置2. 3. 1操作交互界面其功能包括設(shè)有手動啟動、停止按鈕；顯示系統(tǒng)壓力和設(shè)定啟泵參數(shù)；實時 數(shù)據(jù)顯示，包括運行中的三相電壓和電流顯示、故障報警等；完整的歷史

13、數(shù)據(jù)記 錄；以太網(wǎng)Modbus TCP網(wǎng)絡(luò)通訊接口；可編程運行周期定時器（可設(shè)置定期啟 動水泵）等等。2. 3. 2啟、停泵控制功能操作交互界面上設(shè)置的手動啟、停泵按鈕；控制柜箱面設(shè)置機械啟動手柄，只需拉起即可緊急啟泵；基于水系統(tǒng)壓力的自動啟泵；其它消防設(shè)備的遠程自動啟泵；?遠程手動啟泵。？2. 3. 3電源監(jiān)視繼電器（PMR ），基于繼電器的微處理器能提供電機堵轉(zhuǎn)保護、電壓和電流檢測，并將參數(shù)顯示在操作交互界面上。2. 4典型控制電路設(shè)置有機械應(yīng)急啟動裝置的消防泵控制柜，對控制電路有何特殊考慮？當應(yīng) 急啟動時，控制電路是否需要斷電呢？比較了 Joslyn Clark公司所有消防泵控制 器的控

14、制電路，開式星三角啟動電路（如圖2所示）相對比較復雜，且有一定代 表性，現(xiàn)舉例說明如下。常規(guī)啟動控制：電動機主電路設(shè)置有三個接觸器一一1M、2M、S，當控 制器由消防主管低壓壓力信號、其它消防信號、遠程啟動信號或控制器箱面的手 動啟泵按鈕啟動時，繼電器CR2失電啟動（該繼電器平常處于通電狀態(tài)），接 觸器1M、S得電閉合，電機繞組按照星形接線方式啟動。同時，由AT定時器進 行延時，到設(shè)定時間后，AT常閉觸點斷開，使ATR繼電器失電（該繼電器平常 處于通電狀態(tài)），ATR輔助觸點動作使得接觸器S失電、接觸器2M得電。此時， 由于接觸器1M、2M主觸頭閉合，電機繞組按照三角形接線進入全壓運行，完 成啟

15、動全過程。機械應(yīng)急啟動：電路圖中，有一條虛線將機械啟動手柄（MANUAL START HANDLE）、接觸器1M、2M及限位開關(guān)LS互相連接，它表示了一種基于機械 操作的邏輯關(guān)系，即應(yīng)急啟動時，拉起機械啟動手柄會聯(lián)動閉合接觸器1M、 2M，同時將限位開關(guān)LS由原來接通6 - 30號端子，轉(zhuǎn)換為接通6 - 2號端子， 當停止時，會反方向聯(lián)動。在筆者與Joslyn Clark公司技術(shù)人員的交流中，證實 了這一點，同時，也印證了關(guān)于機械應(yīng)急啟動即是采用機械的方式動作、閉合主 回路的運行接觸器，并讓水泵電機直接全壓啟動的作法。非常出乎意料，筆者原本以為在操作啟動手柄的同時，限位開關(guān)會斷開控制 電路電源

16、，以避免電氣控制與機械操作出現(xiàn)沖突，但上述限位開關(guān)的動作，卻并 非如此，這是為什么呢？經(jīng)過進一步深入了解，筆者不得不佩服美國同行思維的 縝密。我們知道，考核接觸器主觸頭性能指標的方法大多是以電磁鐵的快速動作為 前提的，接觸器動作越快，電弧對觸頭的傷害越小，若僅僅靠機械手柄的動作來 閉合或斷開接觸器，會因為動作遲緩而導致觸頭損傷，雖然，這種損傷在火災(zāi)的 情況下是可接受的。但是，為了盡可能減小這種傷害，Joslyn Clark公司的技術(shù) 人員設(shè)計了這樣一個限位開關(guān)，當操作人員從停止位置向運行位置拉動應(yīng)急啟動 手柄時，該限位開關(guān)會首先動作，繞過啟動順序，直接讓接觸器1M、2M線圈 得電，若此時接觸器

17、線圈完好，接觸器主觸頭將以電的方式快速閉合（先于機械 的方式）從而接通電機電源，完成應(yīng)急啟動。當然，如果線圈故障，還有另夕卜一 招？ 以機械的方式閉合接觸器?；蛟S有同行會說，火災(zāi)可能幾十年難遇，接觸器觸頭的電弧損傷與火災(zāi)的損 失比起來，可以忽略不計。筆者認為此話沒錯，但養(yǎng)兵千日，用兵一時，正是因 為火災(zāi)幾率很小，更應(yīng)該在長期的日常測試、維護、保養(yǎng)過程中，采取有效措 施，減少這種損傷，一旦火災(zāi)發(fā)生，才能保證應(yīng)急啟動的順利實施。Joslyn Clark消防泵控制器的這種作法非?？茖W、實用，它無論是在日常維護、模擬演 練，還是在滅火實戰(zhàn)中，均能最大限度地減小對接觸器的損傷，同時，讓應(yīng)急啟 泵多了一次

18、機會，值得借鑒。3電源系統(tǒng)及消防泵控制柜各功能組件的性能要求當按照上述 GB / T 21208 - 2007 / IEC / TS 62091 : 2003 , MOD、NFPA20 - 2007、EC 62091 - 2007標準設(shè)置機械應(yīng)急啟動裝置時，電源系統(tǒng)及消防泵控制柜內(nèi)各功能組件的性能，需要滿足哪些要求呢？3. 1電源容量無論消防泵控制柜正常時是采用哪一種啟動方式來啟動電動機，當應(yīng)急機械 啟動時，最終都是以機械的方式閉合主電路接觸器，讓電動機全壓啟動，故，為 消防泵供電的電源容量需滿足電動機全壓啟動要求。2消防泵控制柜的箱面在消防泵控制柜的箱面需設(shè)置本文“2. 1消防泵控制柜外觀”

19、所述的功能組 件，以滿足上述標準對這些功能“可外部操作”的要求。3. 3隔離器隔離器額定電流不小于電機額定電流的115 %?；诎踩紤]，隔離器應(yīng)與斷路器聯(lián)鎖。當采用帶隔離功能的斷路器時，滿足下面斷路器要求即可。4過流保護裝 斷路器和堵轉(zhuǎn)保護裝短路保護和堵轉(zhuǎn)保護是上述標準中要求裝設(shè)，且被唯一許可裝設(shè)的過電流保 護裝置，標準還規(guī)定，這樣的保護裝置要滿足在火災(zāi)的情況下，當其第一次動作 斷開后，消防人員能有“第二次機會”，將控制柜快速地恢復到工作狀態(tài)。斷路器額定電流不小于電機額定電流的115 % ；應(yīng)只提供短路保護并滿足分 斷能力要求。斷路器性能應(yīng)滿足正常啟動和應(yīng)急啟動電動機時不脫扣的要求，故，其瞬

20、動 保護應(yīng)該按照電動機全壓啟動進行整定，以躲開電動機啟動電流。堵轉(zhuǎn)保護裝置的動作特性和動作方式，在上述標準中有很詳細的規(guī)定，本文 暫不作介紹。因為這種用于跳閘、脫扣的堵轉(zhuǎn)保護，與我國現(xiàn)行標準中關(guān)于消防 泵在過負荷情況下應(yīng)堅持工作而不能停泵的規(guī)定相違背，恐難于在我們的設(shè)計中 付諸實施。3. 5 接觸器a.接觸器為電磁型，同時，應(yīng)可通過機械操作方式來閉合主觸頭。據(jù)了 解，國產(chǎn)接觸器很多不具備這一功能，設(shè)計選型時，需注意向制造商核實。接觸器使用類別為AC - 3。接觸器應(yīng)能耐受堵轉(zhuǎn)電流，即在承受7. 2倍電動機額定電流20 s，和承受3倍電動機額定電流3 min后，觸頭仍不至損壞。筆者認為，上述標準

21、針對堵轉(zhuǎn)保護和接觸器等功能組件提出的要求是非常合 理的，它能確保在電機堵轉(zhuǎn)保護動作前這些組件都還能堅持工作，真正能讓消防 泵充分發(fā)揮作用，值得我們研究和思考。4思考和建議新頒布的國標GB 50974 - 2014消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范第11章，在短短19個關(guān)于消防泵控制的條文中，出現(xiàn)了 6個強條，把消防泵控制的重 要性提高到了一個空前的高度，然而，由于該規(guī)范并未對實施細節(jié)進行規(guī)定，在 執(zhí)行過程中，給電氣專業(yè)同行帶來困惑。如何解決這些問題，希望同行們能夠一 起來探討，比如：要滿足GB 50974 - 2014和GB 50116 - 2013火災(zāi)自動報警 系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范的要求，消防泵控制電路到

22、底該如何設(shè)計？除采用接觸器的機械 操作方式外，如何采用冗余的開關(guān)裝置來實現(xiàn)機械應(yīng)急啟動？軟啟動器能否用于 消防泵的啟動？消防泵控制柜如何裝設(shè)堵轉(zhuǎn)保護？等等。目前，與消防有關(guān)的國家標準較多，但只有GB / T 21208 - 2007 / IEC / TS 62091 : 2003 , MOD低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備固定式消防泵驅(qū)動器的控制 器是唯一針對消防泵控制器的系統(tǒng)性標準，可指導設(shè)計、制造、安裝等，但該 標準尚存在與國內(nèi)其它相關(guān)電氣標準、規(guī)范不協(xié)調(diào)，且與NFPA、IEC標準不同 步等問題。我們看到，美國消防協(xié)會NFPA20 - 2007和國際電工委員會標準正C 62091 - 2007，一直在不斷地完善，該標準中關(guān)于消防泵的內(nèi)容非常豐富，希望 相關(guān)部門能夠適應(yīng)新的形勢，在借鑒國外先進經(jīng)驗的同時，結(jié)合中國自身特點， 對現(xiàn)有相關(guān)標準、規(guī)范進行修訂，真正作到讓設(shè)計、制造、安裝、認證、驗收、 運行維護等各個環(huán)節(jié)都有法可依，有標準可循。同時，也希望消防泵控制柜的制 造商，能夠積極跟進，盡快推出符合相關(guān)規(guī)范的產(chǎn)品。參考文獻1 上海電器科學研究所（集團）有限公司.GB / T 21208 - 2007 / IEC / TS 62091 : 2003 , MOD